电伴热系统在二苯酚装置氧分析仪的应用与分析

摘要：文章首先介绍了二苯酚装置氧分析仪使用的电伴热系统的结构、原理等；其次通过对蒸汽伴热和电伴热的经济效益、维护量及使用效果进行比较分析；最后通过电伴热在二苯酚装置氧分析仪使用效果得出电伴热在石油工业生产中使用的优势与前景。
关键词：蒸汽伴热、电伴热、自限温

一、 概述
      伴热作为一种有效的管道保温及防冻方案在化工厂中一直被广泛应用。其工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。过去很长一段时间内,在绝大多数化工厂中，蒸汽伴热始终是一种主要的伴热方式。其工作原理是通过蒸汽伴热管道散热以补充被保温管道的热损失。由于蒸汽的散热量不易控制，其保温效率始终处于一个较低的水平。而且，工业需要伴热的管道一般以仪表管线、工艺管线及化学管线为主，这些管线比较复杂，铺设蒸汽伴热管道十分不便。另外，在冬季运行时，蒸汽伴热管道经常会出现"跑、冒、滴、漏"现象，每年冬季仪表维修车间都不得不在管线保温上花费大量的人力、物力来确保仪表的冬季运行安全。
　　20世纪70年代，美国能源行业就提出用电伴热方案来替代蒸汽伴热的设想。所谓电伴热其工作原理就是利用电热的能量来补充被伴热流体在工艺流程中所散失的热量，从而维持介质最合理的工艺温度。70年代末80年代初，包括能源业在内的很多工业部门已广泛推广了电伴热技术，以电伴热全面代替蒸汽伴热。电伴热技术发展至今，已由传统的恒功率伴热发展到以导电塑料为核心的自限温电伴热。化学品事业部已经在多处成功地完成电伴热改造并且使用良好。此次北罐区内部苯管线伴热改造采用的是自限温伴热带，型号：PSB26  伴热回路的供电电压为单相交流220V,50HZ）。

二、 二苯酚装置氧分仪电伴热系统结构及工作原理
1、自限温伴热带的工作原理
自限温电伴热方案主要通过自限温电伴热线完成。自限温伴热带结构如下图所示
 

       自限温电伴热带由2根平行镀镍铜绞母线、自限温聚合体加热元件、氟聚合物内绝缘层、镀锡铜屏蔽网和氟聚合物防腐外套构成。在两根平行铜导体之间的热敏电阻可以根据周围环境而动，调节和限制伴热带的热量输出。其热量输出的大小可因管道上各处的不同温度而自动调节。若环境温度升高则伴热带的热量输出就会减少。通过这一自限制温度的特性从本质上避免了由于伴热带敷设重叠而引起的局部过热。
2、二苯酚装置氧分析仪电伴热的应用
       二苯酚装置氧分析仪电伴热系统由4条伴热回路构成，每个伴热回路由伴热带及热电阻组成，伴热带如下图所示： 伴热回路的通断控制由电子式温控器实现，在每个回路管道上安装一个热电阻探测管线温度，用控制电缆将信号传至柜内的温控器，温控器上可设定管线的维持温度，温控器用这两个温度值比较，当管线温度低于设定值时，温控器发出信号，对应的供电回路中的接触器闭合，回路通电工作，反之，接触器断开，回路断电停止工作。
 

三、蒸汽伴热与电伴热方案的比较
      电伴热技术在保温防冻应用中。具有发热效率高、安装简便、质量可靠及使用寿命长等优势。但采用自控温电伴热技术的一次性投资较蒸汽伴热方案高。本文以二苯酚装置氧分析仪仪表伴热为例，200m长仪表管线防冻伴热（维持温度为25-35摄氏度）着重从运行费用的经济效益和社会效益两方面采用蒸汽伴热和电伴热方案为例进行比较。
㈠、运行费用比较
1、蒸汽伴热方案
(1) 管道伴热耗汽费用:仪表管道伴热耗热量及供汽管道自耗汽量为0.30t/h,每吨蒸汽按160元计算,运行日为100天,全年耗汽费用为0.3×100×24×160=115200元
(2) 伴热管道维护费用包括更换伴热管、更新保温棉等材料费，每年大约为1000元 　　
2、电伴热方案　　
(1) 耗电量 ：应用最广泛的自控电伴热线每米用电量为27.59W。管道全长为200m,每小时用电量为200×27.59/1000=5.518 kW.h。当管道温度达到维持温度上限时，电伴热的发热量将逐渐减少。电价按0.55元/kW.h计,运行日为100天(2400小时),则每年正常耗电费用为:（5.518×2400) ×0.55=7283.76元
(2) 维修费用 ：自控温电伴热,几乎不需要维修,按规定每年只需要摇表测绝缘即可。经以上分项估算，两方案的运行费用估算如下表所示：
伴热方案 能耗 维修费用 年费用
蒸汽伴热 115200 1000 116200
电伴热 7283.76 0 7283.76
由此可知,电伴热方案的年费用大约是蒸汽伴热方案年费用的1/15，明显优于蒸汽伴热方案。
      虽然电伴热方案一次性投资费用较大，但其每年运行费用远远小于蒸汽伴热方案，用电伴热方案的成本节约来回收电伴热改造的投资，没几年就能收回投资。
另外，由于采用电伴热可以有效地杜绝跑、冒、滴、漏现象，还可改善企业生产环境。
㈡、使用效果分析
      二苯酚装置氧分析仪比较特殊，它的取样管线从30多米高的氧化塔顶引至塔地，到地面3米高处有一段水平管线，再引到分析小屋。二苯酚装置氧分析仪在使用电伴热保温以前都使用蒸汽伴热，由于伴热蒸汽压力较低（0.3kg），取样点比较高，每年一到冬天温度较低时，就会出现取样液冻凝，伴热管堵死且不易吹通，影响工艺观察氧含量。需要职工抱着蒸汽管子长时间吹扫，夜间还需要安排职工值班监视，维护量非常大。
       二苯酚装置氧分析仪电热带系统于2008年安装完毕并于11月份投入使用。采用电伴热后，管道温度设计维持在25℃至35℃之间。运行至今未发现过取样管道管道取样液凝固阻塞管道的现象，使用状况良好。

四、电伴热与蒸汽伴热相比较的优点：
(1) 维修费用低：电伴热几乎不需要维护，按规定每年只需要摇表测绝缘即可。
(2) 可靠性：自从引入了自限温型伴热带，电伴热的可靠性已大大改观了，自限温型伴热带不会因其自身过热而损坏。这消除了大多数聚合绝缘及恒定功率伴热带的常见故障。当然卓越的无机矿物绝缘电缆大大提高了高温电伴热系统的可靠性。
(3) 温度控制：即使没有热动开关或任何控制系统，电伴热系统通常也能比蒸汽伴热提供较好的温度控制。如果带有热动开关或控制系统就可以达到更精确的温度控制。可防止热敏介质管道过热。
(4) 安全：自限温伴热带和接地回路断路器是对安全的有效保证。自限温伴热带消除了潜在的高温问题，接地回路断路器将电气故障的危险减到最小。
(5) 监测能力：电伴热系统可以实现对管线温度的监测，在任何温度点都可通过高报和低报系统得到监控。
(6) 节能：电伴热可向每个需伴热的用户提供精确的伴热过程,无需象蒸汽伴热那样使用大量的蒸汽。

五、 总结
       B26型自限温电伴热带在二苯酚装置氧分仪伴热的应用上取得了成功。在装置区采用屏蔽型电热带，接线盒等安装配件均采用防爆型配件，满足了生产区域的安全要求。采用自限温伴热带伴热，降低了保温运行成本；减少了日常维护费用，降低了仪表故障率；提高安全可靠性，管理十分方便，确保了氧分析仪的正常运行，方便了工艺人员的监视操作。

参考文献：
1、 朱彤. 电伴热技术及其应用. 节能与环保，2003.
2、 博太科的电伴热手册。  2008
3、 燕山石化电伴热改造项目竣工资料。 2008